JP2019054164A - Shower head, processing device, and shower plate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、シャワーヘッド、処理装置、及びシャワープレートに関する。 Embodiments described herein relate generally to a shower head, a processing apparatus, and a shower plate.
複数の孔から対象物へ流体を吐出するシャワーヘッドを備えた処理装置が知られる。処理装置は、一例として、シャワーヘッドから吐出された流体をプラズマ化することで、対象物の表面に膜を形成する。 A processing apparatus including a shower head that discharges fluid from a plurality of holes to an object is known. For example, the processing apparatus forms a film on the surface of the object by converting the fluid discharged from the shower head into plasma.
シャワーヘッドが備えられる処理装置において、孔から吐出された流体に含まれる粒子の密度を調整することで、処理装置における処理の効率が向上することがあり得る。 In a processing apparatus provided with a shower head, the efficiency of processing in the processing apparatus may be improved by adjusting the density of particles contained in the fluid discharged from the holes.
一つの実施形態に係るシャワーヘッドは、ヘッドと、磁界発生部とを備える。前記ヘッドは、第1の面と、前記第1の面の反対側に位置する第2の面と、を有し、内部に部屋が設けられるとともに、それぞれが前記第1の面と前記部屋に面する前記第2の面とに開いて前記部屋に連通する複数の孔が設けられる。前記磁界発生部は、前記複数の孔の内部において前記第1の面及び前記第2の面の間に磁界を生じさせるよう構成される。 A shower head according to one embodiment includes a head and a magnetic field generator. The head has a first surface and a second surface located on the opposite side of the first surface, and a chamber is provided in the interior, and the head is provided on the first surface and the room, respectively. A plurality of holes are provided which open to the second surface facing and communicate with the room. The magnetic field generator is configured to generate a magnetic field between the first surface and the second surface inside the plurality of holes.
(第1の実施形態)
以下に、第1の実施形態について、図1乃至図6を参照して説明する。なお、本明細書においては基本的に、鉛直上方を上方向、鉛直下方を下方向と定義する。また、本明細書において、実施形態に係る構成要素及び当該要素の説明について、複数の表現が記載されることがある。複数の表現がされた構成要素及び説明は、記載されていない他の表現がされても良い。さらに、複数の表現がされない構成要素及び説明も、記載されていない他の表現がされても良い。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6. In the present specification, basically, a vertically upward direction is defined as an upward direction and a vertically downward direction is defined as a downward direction. In the present specification, a plurality of expressions may be described for the constituent elements according to the embodiment and the description of the elements. The constituent elements and descriptions in which a plurality of expressions are made may be other expressions that are not described. Further, the constituent elements and descriptions that are not expressed in a plurality may be expressed in other ways that are not described.
図1は、第1の実施形態に係る半導体製造装置10を概略的に示す断面図である。半導体製造装置10は、処理装置の一例であり、例えば、製造装置、加工装置、吐出装置、供給装置、プラズマ処理装置、及び装置とも称され得る。なお、処理装置は半導体製造装置10に限らず、対象となる物体に、例えば加工、洗浄、及び試験のような処理を行う他の装置であっても良い。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a
各図面に示されるように、本明細書において、X軸、Y軸及びZ軸が定義される。X軸とY軸とZ軸とは、互いに直交する。X軸は、半導体製造装置10の幅に沿う。Y軸は、半導体製造装置10の奥行き(長さ)に沿う。Z軸は、半導体製造装置10の高さに沿う。本実施形態において、Z軸は鉛直方向に延びる。なお、Z軸が延びる方向と、鉛直方向とが異なっても良い。
As shown in each drawing, in this specification, an X axis, a Y axis, and a Z axis are defined. The X axis, the Y axis, and the Z axis are orthogonal to each other. The X axis is along the width of the
図1に示される第1の実施形態の半導体製造装置10は、例えば、プラズマ化学蒸着(CVD)装置である。半導体製造装置10は、他の装置であっても良い。半導体製造装置10は、製造部11と、ステージ12と、シャワーヘッド13と、ガス供給装置14と、制御部16とを有する。
The
製造部11は、例えば、筐体とも称され得る。ステージ12は、配置部の一例であり、例えば、載置部及び台とも称され得る。シャワーヘッド13は、例えば、流路構造、吐出装置、供給装置、噴出装置、分配装置、排出装置、部材、及び部品とも称され得る。
The
製造部11の内部に、気密に密閉可能なチャンバ21が設けられる。チャンバ21は、例えば、部屋又は空間とも称され得る。半導体製造装置10は、例えば、チャンバ21において、半導体ウェハ(以下、ウェハと称する)Wを処理する。ウェハWは、対象物の一例である。製造部11は、上壁23と、側壁24とを有する。
A
上壁23は、内面23aを有する。内面23aは、下方向に向く略平坦な面である。側壁24は、内側面24aを有する。内側面24aは、略水平方向に向く面である。内面23a及び内側面24aは、チャンバ21の一部を区画する。すなわち、内面23a及び内側面24aは、チャンバ21の内部に向く。側壁24に、複数の排気口27が設けられる。排気口27からチャンバ21の気体が吸引されることで、チャンバ21が略真空にされる。
The
ステージ12及びシャワーヘッド13は、チャンバ21に配置される。なお、図1に示されるように、ステージ12の一部及びシャワーヘッド13の一部が、チャンバ21の外に位置しても良い。
The
ステージ12は、支持部12aを有する。支持部12aは、チャンバ21に位置し、上壁23の内面23aに向いてウェハWを支持する。言い換えると、ステージ12にウェハWが配置される。ステージ12はヒータを有し、支持部12aに支持されたウェハWを加熱することが可能である。
The
ステージ12は、例えば、ウェハWを吸引することにより、当該ウェハWを支持部12aに固定できる。さらに、ステージ12は、モータのような駆動装置に接続され、ウェハWを支持した状態で回転可能である。
The
シャワーヘッド13は、例えば、製造部11の上壁23に取り外し可能に取り付けられる。シャワーヘッド13は、間隔を介してステージ12の支持部12aに支持されたウェハWに面する。
For example, the
シャワーヘッド13は、図1の矢印で示すように、ウェハWへガスGを吐出可能である。ガスGは、流体の一例である。なお、流体は気体に限らず、液体のような他の流体であっても良い。ガスGは、例えば、ウェハWに酸化膜又は窒化膜を形成する。なお、ガスGは、この例に限らない。
The
図2は、第1の実施形態のシャワーヘッド13の一部を示す斜視図である。図3は、第1の実施形態のシャワーヘッド13の一部を示す断面図である。図3に示すように、シャワーヘッド13は、ヘッド本体31と、複数の磁界発生部32と、複数の非磁性部33とを有する。ヘッド本体31は、ヘッドの一例である。
FIG. 2 is a perspective view illustrating a part of the
ヘッド本体31は、例えば、ガスG及びプラズマPに耐性を有し、非磁性体であり、導電体である材料によって作られる。ヘッド本体31は、この例に限られない。図2に示すように、ヘッド本体31は、拡散部35と、管部36とを有する。
The
拡散部35は、X‐Y平面上で広がる略円盤状に形成される。管部36は、拡散部35の略中央部からZ軸に沿う正方向(Z軸の矢印が向く方向、上方向)に延びる略円筒状に形成される。
The
図1に示すように、管部36は、上壁23を貫通する。例えば、管部36が上壁23に固定されることで、シャワーヘッド13が製造部11の上壁23に取り付けられる。なお、シャワーヘッド13は、他の手段により製造部11に取り付けられても良い。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、拡散部35は、底壁41と、周壁42と、上壁43とを有する。底壁41は、壁及びシャワープレートの一例である。さらに、拡散部35の内部に、拡散室45が設けられる。拡散室45は、部屋の一例であり、例えば、空間、通路、及び流路とも称され得る。拡散室45は、底壁41と、周壁42と、上壁43とによって囲まれる。
As shown in FIG. 2, the
底壁41は、X‐Y平面上で広がる略円盤状に形成される。底壁41は、外面41aと、内面41bとを有する。外面41aは、第1の面の一例である。内面41bは、第2の面の一例である。
The
図3に示すように、外面41aは、Z軸に沿う負方向(Z軸の矢印が向く方向の反対方向、下方向)に向く略平坦な面であり、シャワーヘッド13のZ軸に沿う負方向の端に位置する。外面41aは、シャワーヘッド13の外部に向く。言い換えると、外面41aは、シャワーヘッド13の外面の一部を形成する。なお、外面41aは、曲面であっても良いし、凹凸を有しても良い。外面41aは、隙間を介して、ステージ12の支持部12aに支持されたウェハWに面する。言い換えると、ステージ12は、外面41aが向く位置にウェハWを支持する。
As shown in FIG. 3, the
内面41bは、外面41aの反対側に位置し、Z軸に沿う正方向に向く略平坦な面である。なお、内面41bは、曲面であっても良いし、凹凸を有しても良い。内面41bは、拡散室45に面し、拡散室45の一部を区画する。
The
図2に示すように、周壁42は、底壁41の縁から、Z軸に沿う正方向に延びる略円筒形の壁である。上壁43は、X‐Y平面上で広がる略円盤状に形成される。上壁43の縁は、周壁42により底壁41の縁に接続される。
As shown in FIG. 2, the
管部36の内部に、供給路36aが設けられる。供給路36aは、Z軸に沿う方向に延び、拡散室45に連通する。供給路36aは、例えば配管を介して、図1のガス供給装置14に連通する。すなわち、ガス供給装置14は、当該配管及び供給路36aを介して、拡散室45に接続される。
A
図3に示すように、底壁41に複数の孔50が設けられる。孔50は、例えば、開口、貫通口、及び吐出口とも称され得る。複数の孔50はそれぞれ、外面41aと内面41bとに開き、拡散室45に連通するとともに、シャワーヘッド13の外部に連通する。
As shown in FIG. 3, a plurality of
本実施形態において、複数の孔50は、互いに略同一の形状を有する。なお、複数の孔50が、互いに異なる形状を有する複数の孔50を含んでも良いし、互いに大きさが異なる複数の孔50を含んでも良い。
In the present embodiment, the plurality of
図4は、第1の実施形態の底壁41の一部を示す断面図である。図4に示すように、複数の孔50はそれぞれ、第1の通路51と、第2の通路52とを有する。第1の通路51は、例えば、拡大部、拡径部、放電部、及び空洞とも称され得る。第2の通路52は、例えば、縮小部、縮径部、及び吐出路とも称され得る。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a part of the
第1の通路51は、底壁41の外面41aに開く、略円形の断面を有する孔である。第2の通路52は、底壁41の内面41bに開く、略円形の断面を有する孔である。第1の通路51及び第2の通路52は、Z軸に沿う方向に略直線状に延びる。このため、孔50はZ軸に沿う方向に延びる。第2の通路52の内径は、第1の通路51の内径よりも短い。言い換えると、第2の通路52は、第1の通路51よりも狭い。
The
第2の通路52は、第1の通路51に連通する。すなわち、孔50は、内面41bからZ軸に沿う負方向に延び、第1の通路51と第2の通路52との接続部で拡大され、外面41aまでZ軸に沿う負方向に延びる。
The
第1の通路51と第2の通路52とは、同一の中心軸Axに沿って配置される。言い換えると、第1の通路51と第2の通路52とは、同一軸上に配置される。複数の孔50はそれぞれ、当該孔50の中心軸Axを有する。
The
底壁41は、第1の壁61と、第2の壁62とを有する。第1の壁61及び第2の壁62は、X‐Y平面上で広がる略円盤状に形成される。Z軸に沿う方向における、第1の壁61の長さ(厚さ)は、第2の壁62の長さ(厚さ)よりも長い。
The
第1の壁61は、底壁41の外面41aを含む。言い換えると、第1の壁61が、底壁41の外面41aを形成する。第1の壁61は、外面41aの反対側に位置するとともにZ軸に沿う正方向に向く第1の接合面61aを有する。
The
第1の壁61に、孔50の第1の通路51と第2の通路52の一部とが設けられる。さらに、第1の壁61に、複数の窪み65が設けられる。窪み65は、空間の一例であり、例えば、凹部、穴、及び収容部とも称され得る。窪み65は、第1の壁61の第1の接合面61aに開く。
The
第1の実施形態において、窪み65は、略円環状の断面を有し、中心軸Axに沿って延びる。すなわち、窪み65は、中心軸Axから離間した位置で中心軸Axまわりに回転する方向に延びる。窪み65は、間隔を介して孔50を囲む。窪み65と、当該窪み65に囲まれる孔50とは、共通の中心軸Axを有し、同一軸上に配置される。なお、窪み65は、他の形状に形成されても良い。
In the first embodiment, the
孔50の第1の通路51の一部と第2の通路52の一部とが、窪み65に囲まれる。言い換えると、第1の通路51の一部と第2の通路52の一部とが、窪み65の内側に位置する。Z軸に沿う負方向における窪み65の端部は、Z軸に沿う正方向における第1の通路51の端部から、Z軸に沿う負方向に離間する。
A part of the
第2の壁62は、底壁41の内面41bを含む。言い換えると、第2の壁62が、底壁41の内面41bを形成する。第2の壁62は、内面41bの反対側に位置するとともにZ軸に沿う負方向に向く第2の接合面62aを有する。
The
第2の壁62は、第2の接合面62aが第1の接合面61aに接合されることで、第1の壁61に取り付けられる。これにより、第2の壁62は、窪み65を塞ぐ。このように第2の壁62に塞がれた窪み65は、ヘッド本体31の内部に設けられる。
The
第2の壁62に、孔50の第2の通路52の一部が設けられる。第2の壁62が第1の壁61に取り付けられることで、第1の壁61に設けられた第2の通路52の一部と、第2の壁62に設けられた第2の通路52の一部とが連通する。
A part of the
複数の磁界発生部32は、複数の磁石71を有する。磁石71は、例えば、永久磁石である。第1の実施形態において、磁石71は、略円環状の断面を有し、孔50の中心軸Axに沿って延びる略円筒状に形成される。磁石71は、他の形状に形成されても良い。
The plurality of
Z軸に沿う正方向における磁石71の端部に、磁石71のS極が設けられる。Z軸に沿う負方向における磁石71の端部に、磁石71のN極が設けられる。すなわち、磁石71の磁化方向は、Z軸に沿う方向であり、孔50が延びる方向に沿う。なお、磁石71において、Z軸に沿う正方向の端部にN極が設けられ、Z軸に沿う負方向の端部にS極が設けられても良い。
The S pole of the
図5は、第1の実施形態の第1の壁61の一部及び複数の磁石71を示す斜視図である。図5に示すように、複数の磁石71は、複数の窪み65に収容される。このように、底壁41は、磁界発生部32の磁石71を有する。第1の実施形態において、複数の窪み65の数は、複数の磁石71の数よりも多い。このため、複数の磁石71は、複数の窪み65のうち幾つかに収容される。なお、複数の窪み65の全てに磁石71が収容されても良いし、複数の窪み65のうち一つに磁石71が収容されても良い。
FIG. 5 is a perspective view showing a part of the
窪み65に収容された磁石71は、間隔を介して一つの孔50を囲む。磁石71と、当該磁石71に囲まれる孔50とは、共通の中心軸Axを有し、同一軸上に配置される。磁石71は、孔50の第1の通路51の一部と第2の通路52の一部とを囲む。言い換えると、第1の通路51の一部と第2の通路52の一部とが、磁石71の内側に位置する。Z軸に沿う負方向における磁石71の端部は、Z軸に沿う正方向における第1の通路51の端部から、Z軸に沿う負方向に離間する。
The
図4に示すように、磁石71は、孔50の内部において磁界Mを生じさせる。図4は、磁界Mの磁力線の一例を矢印で示す。磁石71が生じさせる磁界Mは、底壁41の外面41a及び内面41bの間で、当該磁石71が囲む孔50の中心軸Axに沿って延びる磁力線を有する。なお、磁界Mは、磁石71の外部にも磁力線を有する。
As shown in FIG. 4, the
図5に示すように、非磁性部33は、磁石71と同じく略円環状の断面を有し、中心軸Axに沿って延びる略円筒状に形成される。非磁性部33は、ヘッド本体31と同じく、例えば、ガスG及びプラズマPに耐性を有し、非磁性体であり、導電体である材料によって作られる。なお、非磁性部33は、他の材料により作られても良い。
As shown in FIG. 5, the
複数の非磁性部33は、複数の窪み65に収容される。第1の実施形態において、複数の窪み65の数は、複数の非磁性部33の数よりも多い。このため、複数の非磁性部33は、複数の窪み65のうち幾つかに収容される。なお、複数の窪み65のうち一つに非磁性部33が収容されても良いし、複数の窪み65のいずれにも非磁性部33が収容されなくても良い。このように、複数の窪み65は、非磁性部33又は磁界発生部32である磁石71を収容可能である。
The plurality of
図3に示すように、複数の孔50は、複数の第1の孔50Aと、複数の第2の孔50Bとを含む。第1の孔50Aは、例えば、複数の孔50のうち、底壁41の中央に近い幾つかの孔50である。第2の孔50Bは、例えば、複数の孔50のうち、第1の孔50Aよりも底壁41の中央から遠い幾つかの孔50である。
As shown in FIG. 3, the plurality of
第1の孔50Aと第2の孔50Bとは、互いに共通の形状及び大きさを有する。このため、第1の孔50A及び第2の孔50Bはそれぞれ、第1の通路51及び第2の通路52を有する。なお、第1の孔50Aの形状及び大きさと第2の孔50Bの形状及び大きさとが異なっても良い。
The first hole 50A and the second hole 50B have a common shape and size. For this reason, the first hole 50A and the second hole 50B have a
複数の磁界発生部32は、複数の第1の磁界発生部32Aと、複数の第2の磁界発生部32Bとを含む。第1の磁界発生部32Aは、例えば、複数の磁界発生部32のうち、底壁41の中央に近い幾つかの磁界発生部32である。第2の磁界発生部32Bは、複数の磁界発生部32のうち、第1の磁界発生部32Aよりも底壁41の中央から遠い幾つかの磁界発生部32である。
The plurality of magnetic
第1の磁界発生部32A及び第2の磁界発生部32Bはそれぞれ、磁石71を有する。第1の磁界発生部32Aの磁石71は、第1の孔50Aを囲む。第2の磁界発生部32Bの磁石71は、第2の孔50Bを囲む。
Each of the first magnetic field generator 32A and the second
複数の第1の磁界発生部32Aは、第1の孔50Aの内部において底壁41の外面41a及び内面41bの間に磁界Mを生じさせる。複数の第2の磁界発生部32Bは、第2の孔50Bの内部において底壁41の外面41a及び内面41bの間に磁界Mを生じさせる。
The plurality of first magnetic field generators 32A generate a magnetic field M between the
第1の磁界発生部32Aが生じさせる磁界Mの磁束密度は、第2の磁界発生部32Bが生じさせる磁界Mの磁束密度よりも低い。すなわち、第1の磁界発生部32Aは、第2の磁界発生部32Bが第2の孔50Bの内部において生じさせる磁界Mの磁束密度と異なる磁束密度の磁界Mを、第1の孔50Aの内部に生じさせる。なお、第1の磁界発生部32Aが生じる磁界Mの磁束密度と、第2の磁界発生部32Bが生じる磁界Mの磁束密度とは、この例に限られない。
The magnetic flux density of the magnetic field M generated by the first magnetic field generator 32A is lower than the magnetic flux density of the magnetic field M generated by the second
図4に示すように、半導体製造装置10は、交流電源75をさらに有する。交流電源75は、電源の一例である。交流電源75は、シャワーヘッド13の底壁41と、ステージ12に支持されたウェハWとに、高周波電圧を印加する。交流電源75は、底壁41とウェハWとの間に電位差を生じさせる。
As shown in FIG. 4, the
図1に示すガス供給装置14は、シャワーヘッド13の供給路36aに接続され、供給路36aから拡散室45に、ガスGを供給する。ガス供給装置14は、タンク14aとバルブ14bとを有する。バルブ14bは、調整部の一例である。調整部は、ポンプのような他の装置であっても良い。
The
タンク14aは、ガスGを収容し、バルブ14b及び配管を介して供給路36aに接続される。バルブ14bが開かれることで、ガス供給装置14は、タンク14aのガスGを供給路36aに供給する。バルブ14bが閉じられると、ガス供給装置14は、ガスGの供給を停止する。さらに、バルブ14bの開閉量が調整されることで、ガスGの流量が調整される。このように、バルブ14bは、ガスGの供給状態を調整可能である。
The
制御部16は、例えば、CPUのような処理装置と、ROMやRAMのような記憶装置と、を有する。制御部16は、例えば、ステージ12、ガス供給装置14、及び交流電源75を制御する。
The
半導体製造装置10は、以下に説明するように、チャンバ21のウェハWに図4の膜Cを成膜する。膜Cは、例えば、酸化膜又は窒化膜である。制御部16は、ガス供給装置14のバルブ14bを開かせ、シャワーヘッド13にガスGを供給させる。ガスGは、供給路36aを通って、拡散室45に供給される。ガスGは、拡散室45で、例えばX‐Y平面に沿う方向に拡散する。ガスGは、拡散室45に連通する複数の孔50から、ステージ12上に配置されたウェハWに向かって吐出される。
The
さらに、図4に示すように、制御部16は、交流電源75により、底壁41とウェハWとの間に電位差を生じさせる。これにより、ガスGはシャワーヘッド13の底壁41とウェハWとの間でプラズマ化し、プラズマPを生じる。ガスG及びプラズマPは、ウェハWの表面に膜Cを成長させる。このように、プラズマPを生じるプラズマCVDによってウェハWの表面に膜Cが成長し、膜Cが成膜されたウェハWが製造される。
Further, as shown in FIG. 4, the
図6は、第1の実施形態の一つの孔50の周辺における底壁41の一部を示す断面図である。図6に示すように、孔50の第1の通路51の内部において、高密度プラズマPHが生じる。高密度プラズマPHは、プラズマPのうち、底壁41とウェハWとの間のプラズマPよりも密度が高いプラズマである。高密度プラズマPHは、例えば、以下のように生じる。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a part of the
上述のように、磁石71が、孔50の内部において磁界Mを生じさせる。一般的に、電荷を持つ粒子は、磁界Mにおいてローレンツ力により磁力線まわりに旋回する。例えば、ガスG及びプラズマPに含まれるとともに電荷を持つ粒子である電子PEやイオン(ラジカル)PIは、磁界Mの磁力線まわりに旋回する。電子PEは、イオンPIよりも軽いため、ローレンツ力を受けやすい。
As described above, the
孔50の第1の通路51の内部では、磁界Mが生じるとともに、磁界Mの磁力線が集中する。このため、電子PEが磁界Mの磁力線まわりに旋回することで、第1の通路51の内部における電子PEの密度が向上する。別の表現によれば、第1の通路51の内部において、電子PEが磁界Mの磁力線によりトラップされる(捕獲される)。このため、第1の通路51の内部において、電子PEが原子PAに衝突しやすくなる。すなわち、原子PAのイオン化及びガスGのプラズマ化が促進され、第1の通路51におけるプラズマPの密度が向上する。従って、第1の通路51で高密度プラズマPHが生じる。
Inside the
さらに、交流電源75が第2の通路52よりも広い第1の通路51が設けられた底壁41に電圧を印加することで、第1の通路51の内部でホローカソード放電が生じる。ホローカソード放電により、第1の通路51の内部で、電子PEが中心軸Axを中心とする往復運動を行う。このため、第1の通路51の内部における電子PEの密度が向上し、電子PEが原子PAに衝突しやすくなる。すなわち、原子PAのイオン化及びガスGのプラズマ化が促進され、第1の通路51におけるプラズマPの密度が向上する。従って、第1の通路51で高密度プラズマPHが生じる。
Furthermore, when the
以上のように、磁界Mとホローカソード放電とによって、第1の通路51における密度が向上し、第1の通路51に高密度プラズマPHが生じる。磁石71に囲まれた第1の通路51で生じる高密度プラズマPHの密度は、非磁性部33に囲まれた第1の通路51で生じる高密度プラズマPHの密度よりも高い。
As described above, the density in the
さらに、底壁41の中央に近い第1の孔50Aを囲む第1の磁界発生部32Aの磁界Mの磁束密度は、底壁41の中央から遠い第2の孔50Bを囲む第2の磁界発生部32Bの磁界Mの磁束密度よりも低い。このため、第1の孔50Aの第1の通路51で生じる高密度プラズマPHの密度は、第2の孔50Bの第1の通路51で生じる高密度プラズマPHの密度よりも低い。
Further, the magnetic flux density of the magnetic field M of the first magnetic field generating unit 32A surrounding the first hole 50A near the center of the
以上のように、複数の窪み65に、第1の磁界発生部32A、第2の磁界発生部32B、及び非磁性部33のいずれかが選択的に収容されることで、底壁41の外面41aに沿う方向(面内方向)における高密度プラズマPHの密度が調整される。例えば、高密度プラズマPH、及び当該高密度プラズマPHを含むプラズマP全体の密度は、ガスGの種類に応じ、ウェハWに均一に膜Cが成長するように調整される。
As described above, any one of the first magnetic field generation unit 32A, the second magnetic
シャワーヘッド13は、例えば、三次元プリンタによる積層造形によって製造される。これにより、底壁41の内部に磁界発生部32が配置されたシャワーヘッド13が容易に製造される。なお、シャワーヘッド13の製造方法はこの例に限らない。
The
以上説明された第1の実施形態に係るシャワーヘッド13を備えた半導体製造装置10において、磁界発生部32が、複数の孔50の内部において外面41a及び内面41bの間に磁界Mを発生させる。このため、孔50の内部を磁界Mの磁力線が通る。例えば、拡散室45から複数の孔50を通ってヘッド本体31の外部に吐出されるガスGが電荷を持つ粒子(電子PEやイオンPI)を有する場合、当該粒子がローレンツ力により磁力線のまわりを旋回する。すなわち、粒子が磁力線のまわりに集まるため、磁力線が通る孔50の内部及び孔50の近傍における粒子の密度が向上する。粒子である電子PEの密度が向上することで、電子PEとガスGの原子PAとの衝突による電離が生じやすくなり、ガスGがプラズマ化しやすくなる。従って、プラズマPの密度が向上し、シャワーヘッド13を備える半導体製造装置10における成膜速度が向上する。言い換えると、半導体製造装置10における膜Cの形成処理の効率が向上する。
In the
磁界発生部32の磁化方向は、複数の孔50が延びる方向に沿う。これにより、磁力線がヘッド本体31に干渉することが抑制され、孔50の内部及び孔50の近傍において電子PEのような粒子の密度が向上しやすくなる。
The magnetization direction of the
ヘッド本体31は、非磁性体で作られる。これにより、磁界発生部32によりヘッド本体31全体が磁化されることが抑制され、磁界Mによる電子PEのような粒子の集中を制御しやすくなる。
The
ヘッド本体31の内部に設けられた複数の窪み65のうち一つに磁界発生部32が収容され、複数の窪み65のうち他の一つに非磁性体で作られた非磁性部33が収容される。すなわち、複数の窪み65に磁界発生部32又は非磁性部33を選択的に収容することで、例えばガスGの種類に応じて、外面41aと平行な方向においてプラズマPの密度を調整することができる。言い換えると、プラズマPの分布を制御することができる。
The
磁界発生部32は、複数の孔50のうち少なくとも一つを囲む。本実施形態では、複数の孔50はそれぞれ、複数の磁石71のうち一つに囲まれる。これにより、磁石71が生じさせる磁界Mの磁力線の中心と孔50の中心軸Axとを一致させることができ、孔50の内部及び孔50の近傍において電子PEのような粒子の密度が向上しやすくなる。
The
第1の磁界発生部32Aは、第2の磁界発生部32Bが第2の孔50Bの内部において生じさせる磁界Mの磁束密度と異なる磁束密度の磁界Mを、第1の孔50Aの内部において生じさせることが可能である。これにより、例えばガスGの種類に応じて、外面41aと平行な方向においてプラズマPの密度を調整することができる。
The first magnetic field generator 32A generates a magnetic field M having a magnetic flux density different from the magnetic flux density of the magnetic field M generated by the second
交流電源75は、第2の通路52よりも広い第1の通路51の内部でホローカソード放電を生じさせる。これにより、第1の通路51の内部で電子PEのような電荷を持つ粒子が往復運動するため、第1の通路51の内部における粒子の密度が向上する。粒子である電子PEの密度が向上することで、電子PEとガスGの原子PAとの衝突による電離が生じやすくなり、ガスGがプラズマ化しやすくなる。従って、プラズマPの密度が向上し、例えば、半導体製造装置10における成膜速度が向上する。
The
(第2の実施形態)
以下に、第2の実施形態について、図7を参照して説明する。なお、以下の複数の実施形態の説明において、既に説明された構成要素と同様の機能を持つ構成要素は、当該既述の構成要素と同じ符号が付され、さらに説明が省略される場合がある。また、同じ符号が付された複数の構成要素は、全ての機能及び性質が共通するとは限らず、各実施形態に応じた異なる機能及び性質を有していても良い。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to FIG. In the following description of the plurality of embodiments, components having the same functions as the components already described are denoted by the same reference numerals as those described above, and further description may be omitted. . In addition, a plurality of components to which the same reference numerals are attached do not necessarily have the same functions and properties, and may have different functions and properties according to each embodiment.
図7は、第2の実施形態に係る第1の壁61の一部及び複数の磁石71を示す斜視図である。図7に示すように、第2の実施形態において、窪み65と、窪み65に収容される磁石71又は非磁性部33は、複数の孔50を囲む。
FIG. 7 is a perspective view showing a part of the
複数の孔50のそれぞれと、当該孔50を囲む磁石71又は非磁性部33との間の距離(例えば、最短距離)は、略均等である。なお、孔50と磁石71又は非磁性部33との間の距離が、不均等であっても良い。
The distance (for example, the shortest distance) between each of the plurality of
磁石71は、当該磁石71が囲む複数の孔50の内部において磁界Mを生じさせる。磁石71が生じさせる磁界Mは、底壁41の外面41a及び内面41bの間で、当該磁石71が囲む孔50の中心軸Axに沿って延びる磁力線を有する。
The
以上説明された第2の実施形態のシャワーヘッド13を備えた半導体製造装置10において、磁界発生部32は、複数の孔50のうち少なくとも一つを囲む。本実施形態のように、磁界発生部32が複数の孔50を囲む場合、一つの磁界発生部32により複数の孔50の内部において磁界Mを発生させることが可能であり、磁界発生部32の数を少なくすることができる。さらに、複数の磁界発生部32と複数の孔50との間の距離は均等である。これにより、複数の孔50の内部に生じる磁界Mの強さを略均等にすることができる。
In the
(第3の実施形態)
以下に、第3の実施形態について、図8を参照して説明する。図8は、第3の実施形態に係る第1の壁61を示す平面図である。図8に示すように、第3の実施形態において、磁石71及び非磁性部33は、棒状に形成される。例えば、窪み65、磁石71、及び非磁性部33は、Z軸に沿う方向に延びる円柱状に形成される。図8は、理解のため、ハッチングを付して磁石71及び非磁性部33を示す。なお、窪み65、磁石71、及び非磁性部33は、他の形状に形成されても良い。
(Third embodiment)
The third embodiment will be described below with reference to FIG. FIG. 8 is a plan view showing the
複数の孔50のそれぞれと、当該孔50に隣接する磁石71又は非磁性部33との間の距離は、略均等である。なお、孔50と磁石71又は非磁性部33との間の距離が、不均等であっても良い。
The distance between each of the plurality of
磁石71は、当該磁石71に隣接する複数の孔50の内部において磁界Mを生じさせる。磁石71が生じさせる磁界Mは、底壁41の外面41a及び内面41bの間で、当該磁石71が囲む孔50の中心軸Axに沿って延びる磁力線を有する。
The
以上説明された第3の実施形態のシャワーヘッド13を備えた半導体製造装置10において、磁界発生部32がZ軸に沿う方向に延びる柱状に形成される。これにより、磁界発生部32の配置の自由度が向上する。さらに、複数の磁界発生部32と複数の孔50との間の距離は均等である。これにより、複数の孔50の内部に生じる磁界Mの強さを略均等にすることができる。
In the
(第4の実施形態)
以下に、第4の実施形態について、図9乃至図11を参照して説明する。図9は、第4の実施形態に係るシャワーヘッド13の一部を示す断面図である。図9に示すように、第4の実施形態の複数の磁界発生部32は、複数のコイル81を有する。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment will be described below with reference to FIGS. 9 to 11. FIG. 9 is a cross-sectional view showing a part of the
複数のコイル81は、複数の窪み65に収容される。このように、底壁41は、磁界発生部32のコイル81を有する。コイル81は、窪み65が囲む孔50を囲むよう巻かれた円筒状に形成される。別の表現によれば、コイル81は、孔50の中心軸Axに沿う円筒状に形成される。コイル81は、他の形状に形成されても良い。
The plurality of coils 81 are accommodated in the plurality of
図10は、第4の実施形態の底壁41の一部を示す断面図である。図10に示すように、コイル81は、電流を流されることで磁化され、電磁石として機能し、磁界Mを生じる。コイル81の磁化方向は、Z軸に沿う方向であり、孔50が延びる方向に沿う。コイル81が生じさせる磁界Mの向きは、コイル81に流される電流によって変わる。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a part of the
第4の実施形態において、第2の壁62は、複数の円筒部62bを有する。円筒部62bは、第2の接合面62aから突出するとともに、複数の窪み65のうち少なくとも一つに収容される。コイル81は、円筒部62bの内部に設けられる。円筒部62bが窪み65に収容されることで、コイル81が窪み65に収容される。
In the fourth embodiment, the
さらに、図9に示すように、第4の実施形態において、非磁性部33は、第2の壁62と一体に形成される。非磁性部33は、第2の接合面62aから突出するとともに、複数の窪み65のうち少なくとも一つに収容される。
Furthermore, as shown in FIG. 9, in the fourth embodiment, the
第4の実施形態において、第2の壁62は、例えば、エンジニアリングプラスチックのような合成樹脂によって作られる。コイル81は、例えば、インサート成形により第2の壁62の内部に設けられる。第2の壁62は、シャワーヘッド13の内部に位置する。このため、第2の壁62がプラズマPに晒されることが抑制される。
In the fourth embodiment, the
図11は、第4の実施形態のシャワーヘッド13の概略的な回路図である。図11に示すように、第4の実施形態の半導体製造装置10は、電源85と、複数の配線86と、第1の可変抵抗器87と、第2の可変抵抗器88と、第3の可変抵抗器89とを有する。
FIG. 11 is a schematic circuit diagram of the
電源85は、例えば、直流電源である。なお、電源85は、交流電源であっても良い。電源85は、シャワーヘッド13の外部に位置する。配線86は、電源85と、複数のコイル81とを電気的に接続する。配線86は、例えば、インサート成形により、第2の壁62、周壁42、上壁43、及び管部36の内部を通される。なお、配線86はこの例に限られない。
The
複数のコイル81は、複数の第1のコイル81Aと、複数の第2のコイル81Bと、複数の第3のコイル81Cとを含む。第1のコイル81Aは、第1の磁界発生部の一例である。第2のコイル81Bは、第2の磁界発生部の一例である。 The plurality of coils 81 include a plurality of first coils 81A, a plurality of second coils 81B, and a plurality of third coils 81C. The first coil 81A is an example of a first magnetic field generator. The second coil 81B is an example of a second magnetic field generator.
第1のコイル81Aは、例えば、複数のコイル81のうち、底壁41の中央に近い幾つかのコイル81である。第2のコイル81Bは、複数のコイル81のうち、第1のコイル81Aよりも底壁41の中央から遠い幾つかのコイル81である。第3のコイル81Cは、複数のコイル81のうち、第2のコイル81Bよりも底壁41の中央から遠い幾つかのコイル81である。
The first coils 81 </ b> A are, for example, several coils 81 that are close to the center of the
複数の第1のコイル81Aは、配線86によって、直列に接続されるとともに、電源85に接続される。第1の可変抵抗器87は、複数の第1のコイル81Aと電源85との間に設けられ、電源85から複数の第1のコイル81Aに流れる電流値を調整する。
The plurality of first coils 81 </ b> A are connected in series by the
複数の第2のコイル81Bは、配線86によって、直列に接続されるとともに、電源85に接続される。第2の可変抵抗器88は、複数の第2のコイル81Bと電源85との間に設けられ、電源85から複数の第2のコイル81Bに流れる電流値を調整する。
The plurality of second coils 81 </ b> B are connected in series by the
複数の第3のコイル81Cは、配線86によって、直列に接続されるとともに、電源85に接続される。第3の可変抵抗器89は、複数の第3のコイル81Cと電源85との間に設けられ、電源85から複数の第3のコイル81Cに流れる電流値を調整する。なお、複数の第1のコイル81A、複数の第2のコイル81B、及び複数の第3のコイル81Cは、並列に接続されても良い。
The plurality of third coils 81 </ b> C are connected in series by the
図1に示す制御部16が、第1乃至第3の可変抵抗器87〜89を個別に制御する。例えば、制御部16は、第1乃至第3の可変抵抗器87〜89の電気抵抗値を互いに異ならせる。これにより、第1のコイル81Aは、第2のコイル81Bが孔50の内部で生じさせる磁界Mの磁束密度と異なる磁束密度の磁界Mを、孔50の内部において生じさせる。図9に示すように、例えば、第1のコイル81Aは、第1の孔50Aの内部で磁界Mを生じさせ、第2のコイル81Bは、第2の孔50Bの内部で磁界Mを生じさせる。
The
さらに、第2のコイル81Bは、第3のコイル81Cが孔50の内部で生じさせる磁界Mの磁束密度と異なる磁束密度の磁界Mを、孔50の内部において生じさせる。このように、第1のコイル81A、第2のコイル81B、及び第3のコイル81Cがそれぞれ生じさせる磁界Mの磁束密度が異なる。
Further, the second coil 81 </ b> B generates a magnetic field M having a magnetic flux density different from the magnetic flux density of the magnetic field M generated by the third coil 81 </ b> C inside the
第1乃至第3の可変抵抗器87〜89が第1のコイル81A、第2のコイル81B、及び第3のコイル81Cに流れる電流値を異ならせることで、第1のコイル81A、第2のコイル81B、及び第3のコイル81Cがそれぞれ生じさせる磁界Mの磁束密度が調整される。これにより、底壁41の外面41aに沿う方向における高密度プラズマPHの密度が調整される。例えば、高密度プラズマPH、及び当該高密度プラズマPHを含むプラズマP全体の密度は、ガスGの種類に応じ、ウェハWに均一に膜Cが成長するように調整される。
The first to third
第1のコイル81A、第2のコイル81B、及び第3のコイル81Cがそれぞれ生じさせる磁界Mの磁束密度は、他の手段により調整されても良い。例えば、スイッチが、ガスGの種類に応じ、第1のコイル81A、第2のコイル81B、及び第3のコイル81Cのそれぞれと電源85との間を電気的に接続(オン)又は切断(オフ)しても良い。
The magnetic flux density of the magnetic field M generated by each of the first coil 81A, the second coil 81B, and the third coil 81C may be adjusted by other means. For example, the switch electrically connects (ON) or disconnects (OFF) between the
以上説明された第4の実施形態のシャワーヘッド13を備えた半導体製造装置10において、磁界発生部32は、複数の孔50のうち少なくとも一つを囲むように巻かれたコイル81を有する。これにより、コイル81に流れる電流により、磁界Mの磁束密度を調整することができる。コイル81は、コイル及び磁界発生部の一例である。すなわち、磁界発生部は、シャワーヘッド13に設けられ、磁界を生じさせることが可能であれば良い。本実施形態において、コイル81に電流を流す電源85はシャワーヘッド13の外部に設けられるが、電源85がシャワーヘッド13の内部に設けられても良い。
In the
以上説明された第1乃至第4の実施形態において、孔50は第1の通路51及び第2の通路52を有し、第1の通路51の内部でホローカソード放電が生じる。しかし、孔50は一定の内径を有する孔であっても良い。この場合も、磁界Mによって、シャワーヘッド13の外部であって孔50の近傍において、電子PEが磁界Mの磁力線によりトラップされる。このため、シャワーヘッド13とウェハWとの間において、電子PEが原子PAに衝突しやすくなり、プラズマPの密度が向上する。
In the first to fourth embodiments described above, the
第1乃至第4の実施形態において、底壁41はシャワーヘッド13と一体に形成される。しかし、底壁41は、独立した部品としてのシャワープレートであっても良い。例えば、シャワープレートである底壁41がチャンバ21に取り付けられることで、底壁41の内面41bと上壁23の内面23aとの間に拡散室45が形成される。当該拡散室45に、ガス供給装置14からガスGが供給される。
In the first to fourth embodiments, the
以上説明された少なくとも一つの実施形態によれば、磁界発生部が、複数の孔の内部において第1の面及び第2の面の間に磁界を発生させる。このため、孔の内部を磁力線が通る。例えば、部屋から複数の孔を通ってヘッドの外部に吐出される流体が電荷を持つ粒子を有する場合、当該粒子がローレンツ力により磁力線のまわりを旋回する。すなわち、粒子が磁力線のまわりに集まるため、磁力線が通る孔の内部及び孔の近傍における粒子の密度が向上する。粒子である電子の密度が向上することで、電子と流体の原子との衝突による電離が生じやすくなり、流体がプラズマ化しやすくなる。従って、密度が向上し、例えば、プラズマCVDの効率が向上する。 According to at least one embodiment described above, the magnetic field generator generates a magnetic field between the first surface and the second surface inside the plurality of holes. For this reason, lines of magnetic force pass through the hole. For example, when the fluid discharged from the room through the plurality of holes to the outside of the head has charged particles, the particles swirl around the lines of magnetic force by Lorentz force. That is, since the particles gather around the magnetic lines of force, the density of the particles is improved in and near the holes through which the lines of magnetic force pass. By increasing the density of the electrons, which are particles, ionization due to collision between electrons and fluid atoms is likely to occur, and the fluid is likely to become plasma. Therefore, the density is improved and, for example, the efficiency of plasma CVD is improved.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…半導体製造装置、12…ステージ、13…シャワーヘッド、14…ガス供給装置、14b…バルブ、31…ヘッド本体、32…磁界発生部、32A…第1の磁界発生部、32B…第2の磁界発生部、33…非磁性部、41…底壁、41a…外面、41b…内面、45…拡散室、50…孔、50A…第1の孔、50B…第2の孔、51…第1の通路、52…第2の通路、65…窪み、71…磁石、75…交流電源、81…コイル、81A…第1のコイル、81B…第2のコイル、81C…第3のコイル、W…ウェハ、G…ガス、P…プラズマ、Ax…中心軸、M…磁界。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記複数の孔の内部において前記第1の面及び前記第2の面の間に磁界を生じさせるよう構成された磁界発生部と、
を具備するシャワーヘッド。 A first surface and a second surface located on the opposite side of the first surface, wherein a room is provided therein, and each of the first surface and the room faces the room A head provided with a plurality of holes that open to two surfaces and communicate with the room;
A magnetic field generator configured to generate a magnetic field between the first surface and the second surface inside the plurality of holes;
A shower head comprising:
前記ヘッドの内部に、前記非磁性部又は前記磁界発生部を収容可能な複数の空間が設けられ、
前記複数の空間のうち一つに前記磁界発生部が収容され、前記複数の空間のうち他の一つに前記非磁性部が収容される、
請求項3のシャワーヘッド。 A nonmagnetic part made of a nonmagnetic material,
A plurality of spaces capable of accommodating the nonmagnetic part or the magnetic field generation part are provided inside the head,
The magnetic field generation unit is accommodated in one of the plurality of spaces, and the nonmagnetic portion is accommodated in the other one of the plurality of spaces.
The showerhead according to claim 3.
前記磁界発生部は、前記第1の孔の内部において前記第1の面及び前記第2の面の間に磁界を生じさせるよう構成された第1の磁界発生部と、前記第2の孔の内部において前記第1の面及び前記第2の面の間に磁界を生じさせるよう構成された第2の磁界発生部と、を有し、
前記第1の磁界発生部は、前記第2の磁界発生部が前記第2の孔の内部において生じさせる磁界の磁束密度と異なる磁束密度の磁界を、前記第1の孔の内部において生じさせることが可能である、
請求項1乃至請求項6のいずれか一つのシャワーヘッド。 The plurality of holes includes a first hole and a second hole,
The magnetic field generator includes a first magnetic field generator configured to generate a magnetic field between the first surface and the second surface inside the first hole, and the second hole A second magnetic field generator configured to generate a magnetic field between the first surface and the second surface inside,
The first magnetic field generation unit generates a magnetic field having a magnetic flux density different from the magnetic flux density of the magnetic field generated by the second magnetic field generation unit in the second hole. Is possible,
The shower head according to any one of claims 1 to 6.
前記複数の孔はそれぞれ、前記複数の磁石のうち一つに囲まれる、
請求項1乃至請求項7のうちいずれか一つのシャワーヘッド。 The magnetic field generator includes a plurality of magnets each configured to generate a magnetic field between the first surface and the second surface;
Each of the plurality of holes is surrounded by one of the plurality of magnets;
The shower head according to claim 1.
前記部屋に流体を供給され、前記配置部に配置された前記対象物へ前記複数の孔から前記流体を吐出するよう構成された、請求項1乃至請求項8のいずれか一つのシャワーヘッドと、
前記部屋に供給される前記流体の供給状態を調整可能な調整部と、
を具備する処理装置。 An arrangement portion configured to arrange an object;
The shower head according to any one of claims 1 to 8, wherein the shower head is configured to supply a fluid to the room and to discharge the fluid from the plurality of holes to the object disposed in the placement unit.
An adjustment unit capable of adjusting a supply state of the fluid supplied to the room;
A processing apparatus comprising:
をさらに具備し、
前記複数の孔はそれぞれ、前記第1の面に開く第1の通路と、前記第2の面に開くとともに前記第1の通路よりも狭い第2の通路と、を含み、
前記電源は、前記第1の通路の内部でホローカソード放電を生じさせる、
請求項9の処理装置。 A power source configured to generate a potential difference between the head and the object to convert the fluid into plasma between the head and the object;
Further comprising
Each of the plurality of holes includes a first passage opening in the first surface, and a second passage opening in the second surface and narrower than the first passage;
The power source causes a hollow cathode discharge inside the first passage;
The processing apparatus according to claim 9.
前記複数の孔の内部において前記第1の面及び前記第2の面の間に磁界を生じさせるよう構成された磁界発生部と、
を具備するシャワープレート。 A first surface and a second surface located on the opposite side of the first surface, each provided with a plurality of holes that open to the first surface and the second surface; And the wall,
A magnetic field generator configured to generate a magnetic field between the first surface and the second surface inside the plurality of holes;
A shower plate.
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